Propuesta de mejora y actualización de los montajes de prácticas del laboratorio de Física del Estado Sólido del Departamento de Física de Materiales

Proyecto de Innovación Convocatoria 2022/2023 Proyecto Nº 305 Propuesta de mejora y actualización de los montajes de prácticas del laboratorio de Física del Estado Sólido del Departamento de Física de Materiales Responsable del Proyecto: David Maestre Varea Facultad de CC. Físicas Departamento de Física de Materiales 1. Objetivos propuestos en la presentación del proyecto El presente proyecto se centra en llevar a cabo una propuesta de revisión, mejora y actualización de los laboratorios docentes impartidos en el Laboratorio de Física del Estado Sólido (FES) de la Facultad de CC. Físicas, lo que podrá repercutir en la mejora en las actividades de laboratorio y, en consecuencia, en la calidad de los Grados implicados. Para ello se propusieron los siguientes objetivos: O1. Revisión crítica de los montajes de prácticas impartidos en cinco asignaturas del Laboratorio de Física del Estado Sólido pertenecientes a dos titulaciones. Mediante este objetivo inicial, se pretende realizar una revisión de los laboratorios que actualmente se imparten en el laboratorio de FES dentro del Grado en Física (GF) y el Grado en Ingeniería de Materiales (GIM), tratando de identificar aspectos a mejorar. O2. Realización de entrevistas y encuestas entre el alumnado y el profesorado para identificar aspectos de mejora. Con el fin de conseguir una visión más general del tema central de este proyecto, se ha tratado de considerar el punto de vista del estudiantado y del profesorado, así como la opinión del PAS relacionado con los laboratorios de FES. Para ello se han llevado a cabo una serie de encuestas y entrevistas breves. De este modo se podrá abordar la mejora de los laboratorios con una perspectiva más global. O3. Renovación de montajes de prácticas y propuesta de nuevos montajes y actividades que fomenten el aprendizaje por descubrimiento y el trabajo autónomo del alumnado. Una vez analizados los laboratorios de FES y contando con el punto de vista de los estudiantes, profesores y PAS, se propondrán posibles aspectos a mejorar en los montajes de laboratorio. En este sentido, en las propuestas se tratará de considerar un enfoque que priorice el trabajo autónomo de los estudiantes, así como el proceso de aprendizaje por descubrimiento, que complemente el planteamiento actual de prácticas de laboratorio. O4. Elaboración de nuevos recursos docentes, incluyendo guiones de prácticas, cuestionarios de evaluación y material audiovisual de apoyo. Una vez se decidan los aspectos a mejorar en los laboratorios de FES y se estudie la viabilidad de las posibles acciones que permitan completar los montajes actuales de prácticas o desarrollar otros nuevos, se propondrá la elaboración de nuevos recursos docentes adaptados a los nuevos montajes. O5. Potenciación de la colaboración entre diferentes estamentos universitarios (PDI, PAS, estudiantes). A lo largo del proyecto se tratará de consultar y considerar los puntos de vista de estudiantes, profesores y técnicos de laboratorio. De este modo se conseguirá una perspectiva global del desarrollo de los laboratorios, así como de las fortalezas actuales a reforzar en el futuro y de las debilidades o aspectos a mejorar. O6. Elaboración de cuestionarios de satisfacción. Finalmente se propondrá la elaboración de un cuestionario de satisfacción, en el que se definirán y analizarán diversos indicadores de satisfacción con las medidas propuestas. 2. Objetivos alcanzados En general se han alcanzado total o parcialmente la mayoría de los objetivos planteados inicialmente en el proyecto. A continuación, se exponen algunos detalles sobre los objetivos alcanzados: O1. Revisión crítica de los montajes de prácticas impartidos en cinco asignaturas del Laboratorio de Física del Estado Sólido pertenecientes a dos titulaciones. ALCANZADO: Durante los primeros meses del proyecto, se revisaron las prácticas que se llevan a cabo en el laboratorio de FES en el Grado en Física (GF) y el Grado en Ingeniería de Materiales (GIM), en el que anualmente participan aproximadamente 150 estudiantes. A continuación, se indican algunos de los montajes de prácticas de asignaturas de ambos títulos que se llevan a cabo en el Laboratorio FES: - “Física del Estado Sólido I” (obligatoria, 3º GIM). Prácticas: “Ciclo de histéresis de materiales ferromagnéticos”; “Estados electrónicos y bandas de energía: cristal unidimensional”. - “Física del Estado Sólido II” (obligatoria, 3º GIM). Prácticas: “Caracterización de las propiedades electrónicas de un semiconductor”; “Vibraciones de la red y calor específico en cristales”. - “Materiales Magnéticos” (obligatoria, 4º GIM). Prácticas: “Ciclo de histéresis”; “Magnetostricción” ; “Magnetorresistencia” ; “Modelo de Ising”. - “Propiedades Físicas de los Materiales” (optativa, 4º GF). Prácticas: “Estados electrónicos en cristales”; “Vibraciones de la red” ; “Defectos en materiales magnéticos”; “Plasmones” - “Métodos Experimentales en Física del Estado Sólido” (optativa, 4º GF). Prácticas: Visitas a laboratorios y realización de diversos experimentos relacionados con Física del Estado Sólido. Con ayuda de los estudiantes, profesores y técnicos de laboratorio de identificaron algunos de los aspectos más destacables de los montajes de prácticas, así como algunos aspectos a mejorar o corregir. Igualmente, se tuvo en cuenta tanto la urgencia como la viabilidad de las posibles mejoras. A modo de ejemplo, se detectó que algunos montajes habían quedado obsoletos, requiriendo de puertos ISA y entornos Windows 98 para la adquisición de datos, requiriendo de una actualización. También se observó que en algunos casos el número de montajes era insuficiente, lo que dificultaba el trabajo autónomo del alumnado, mientras que en otros casos se consideró más necesario la implantación de nuevos montajes que cubran las competencias necesarias en algunas asignaturas del GF y el GIM. O2. Realización de entrevistas y encuestas entre el alumnado y el profesorado para identificar aspectos de mejora. ALCANZADO: Con el fin de analizar los laboratorios de FES, así como identificar los aspectos a mejorar, se prepararon y realizaron diversas encuestas. En el Anexo I se incluyen algunos ejemplos. Las encuestas se realizaron entre el profesorado, los técnicos de laboratorio y el estudiantado. En este último caso, se realizaron encuestas no solo a estudiantes matriculados en asignaturas con docencia práctica en el laboratorio de FES, sino que también se pulsó la opinión de estudiantes de asignaturas del GF que actualmente no cuentan con docencia práctica (ej: “Física de Materiales”, “Física de Materiales Avanzados”). Algunos de los resultados de estas encuestas se discutirán en el apartado 3 de esta memoria. Finalmente, se han llevado a cabo entrevistas breves con estudiantes de Grado, egresados y profesorado del GF y el GIM para completar la información relativa a los aspectos a mejorar en los laboratorios de FES. O3. Renovación de montajes de prácticas y propuesta de nuevos montajes y actividades que fomenten el aprendizaje por descubrimiento y el trabajo autónomo del alumnado. ALCANZADO: Una vez analizados y valorados los montajes prácticos del laboratorio de FES, se ha adquirido nuevo equipamiento con el que mejorar los montajes actuales y facilitar el desarrollo de nuevos montajes. En concreto, se han adquirido varios osciloscopios digitales y montajes de efectos Hall, así como un nuevo montaje experimental (Termogenerador semiconductor), tal y como se detalla en el apartado 5 de esta memoria. El uso de los nuevos montajes ha sido probado por algunos de los estudiantes de posgrado que forman parte del equipo de trabajo de este proyecto. Gran parte de este material se adquirió en el marco del Plan de Mejora de Laboratorios Docentes de la Facultad de CC. Físicas, en función del análisis y estudio llevado a cabo en este proyecto. También se contó con el apoyo del Dpto. de Física de Materiales. O4. Elaboración de nuevos recursos docentes, incluyendo guiones de prácticas, cuestionarios de evaluación y material audiovisual de apoyo. ALCANZADO PARCIALMENTE: Los nuevos montajes de laboratorio están aprobados y solicitados pero aún no se han recibido, a fecha de finalización del proyecto, por lo que su puesta a punto está pendiente. Si bien todavía no se ha completado la elaboración de los nuevos guiones de prácticas y cuestionarios de evaluación correspondientes, sí se han propuesto mejoras en los actuales guiones y cuestionarios de evaluación, teniendo en cuenta el material ya recibido. En particular, se están actualizando los guiones de prácticas de modo que incluyan el uso de los nuevos osciloscopios digitales, lo que se finalizará a lo largo del 1er cuatrimestre del curso 2023-24. O5. Potenciación de la colaboración entre diferentes estamentos universitarios (PDI, PAS, estudiantes). ALCANZADO: A lo largo de este proyecto se ha potenciado la colaboración entre profesorado, estudiantado y técnicos de laboratorio, lo que ha permitido enriquecer el análisis y contar con diferentes puntos de vista con los que afrontar la mejora de los laboratorios. De este modo se ha fomentado la sinergia y colaboración entre los diferentes estamentos, así como el trabajo coordinado en grupo. O6. Elaboración de cuestionarios de satisfacción. ALCANZADO PARCIALMENTE: En la memoria se incluía un cuestionario de satisfacción a realizar una vez implementados los nuevos montajes de prácticas. Debido a los retrasos en la adquisición y puesta a punto de los montajes experimentales, estos no se podrán utilizar hasta el curso 2023-24. Por tanto, se pospondrá el estudio de los cuestionarios de satisfacción al curso 2023-24. 3. Metodología empleada en el proyecto El presente proyecto comprende diversas actividades que se han repartido en función de la experiencia y conocimientos del personal que forma parte del equipo de trabajo. A lo largo del proyecto se han planteado diversas actividades organizadas según un plan de trabajo con el fin de alcanzar los objetivos propuestos. Los miembros PDI han sido los responsables de coordinar las diferentes fases en las que se divide el proyecto. A lo largo del proyecto se han realizado diversas reuniones de coordinación donde se han distribuido las tareas y se ha supervisado su correcto desarrollo. En estas reuniones se han analizado los avances, así como los inconvenientes a superar en el proyecto, desde un punto de vista pluridisciplinar, contando con la opinión y experiencia del profesorado, el estudiantado y el personal PAS. En particular, en el mes 9 se ha realizado una primera valoración de los hitos conseguidos y las tareas a realizar para optimizar el correcto desarrollo de las mismas. A continuación, se indican las fases en las que se ha distribuido el proyecto, entre paréntesis se incluyen los responsables de coordinar cada fase, David Maestre (DM) y Rocío Ranchal (RR). - Fase 0 (F0): Reunión de coordinación (DM) - Fase 1 (F1): Renovación inicial de los laboratorios docentes (DM y RR) - Fase 2 (F2): Actualización de los laboratorios docentes (DM y RR) - Fase 3 (F3): Puesta en marcha de nuevos montajes de prácticas (DM y RR) - Fase 4 (F4): Evaluación y conclusiones (DM) El análisis más detallado de las actividades incluidas en estas fases se describe en el apartado 5 de esta memoria. A continuación, se indica el cronograma seguido en la organización temporal de las diferentes fases del proyecto: M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 F0 F1 F2 F3 F4 4. Recursos humanos El equipo de trabajo que ha participado en el proyecto consta de los siguientes miembros: - 2 miembros PDI (Facultad de CC. Físicas): Rocío Ranchal Sánchez y David Maestre Varea, ambos catedráticos de universidad del departamento de Física de Materiales. - 3 miembros PAS (Facultad de CC. Físicas): Carlos Romero Izquierdo y Esther Garrido Díaz (PAS Laboral fijo, técnicos de laboratorio del Departamento de Física de Materiales) y Noelia Cotón Sánchez (técnico de laboratorio contratada a cargo de proyecto). - 2 estudiantes de doctorado (Facultad de CC. Físicas): Javier García Alonso y Daniel Carrasco Madrigal, que durante el curso 2022-23 han impartido algunos créditos de docencia práctica en el GF y el GIM. - 3 estudiantes del Grado en Física (Facultad de CC. Físicas): Borja García Ruiz, Ángel Giménez Mascarell y Alberto Alonso Krydus. Todos los miembros del proyecto han participado en mayor o menor medida en las actividades del proyecto en función de sus conocimientos y experiencia. 5. Desarrollo de actividades En el proyecto se han desarrollado diversas actividades mediante las que alcanzar los objetivos propuestos. Dichas actividades se han agrupado en distintas fases del proyecto, según se detalla a continuación: Fase 0 (F0): Reunión de coordinación (mes 1). Responsable: DM. Actividades: En esta primera fase se llevó a cabo una reunión inicial de coordinación al comienzo del proyecto (3/10/2023) en la que se explicaron los objetivos fundamentes del proyecto, la metodología a seguir y se plantearon y distribuyeron las tareas a realizar. Fase 1 (F1): Revisión inicial de los laboratorios docentes (mes 1-3). Responsables: RR y DM. Las principales actividades a realizar en esta fase son: Actividades: Durante los tres primeros meses del proyecto, se prepararon y se llevaron a cabo una serie de encuestas acerca de la docencia práctica de los laboratorios de FES. Dichas encuestas se realizaron a través de formularios Google y se particularizaron en función de si iban destinadas a profesorado, estudiantes o PAS. Estas encuestas se completaron con otras que se llevaron a cabo en papel en las clases teóricas de las asignaturas de “Física de Materiales Avanzados” y “Física de Materiales”. Algunos ejemplos de estas encuestas y de su análisis se encuentran en el Anexo I y II, respectivamente. Finalmente, también se realizaron algunas entrevistas a profesores y estudiantes. A continuación, se indican algunas de las principales conclusiones extraídas de las encuestas realizadas. Encuesta al profesorado: El 80 % de los profesores consultados están “muy de acuerdo” en el hecho de que la docencia práctica realizada en los laboratorios docentes de la Facultad de CC. Físicas ayuda a los estudiantes a adquirir las competencias necesarias incluidas en el Título. Cabe destacar que el 100 % del profesorado consultado considera que las prácticas de laboratorio incluidas en el Título requieren de una actualización que, además, debe llevarse a cabo de un modo coordinado, lo que apoya el objetivo central de este proyecto. Entre las propuestas de mejora por el profesorado, se incluyen la actualización de montajes y la realización de prácticas transversales entre diversas asignaturas. PAS: De nuevo, el 100 % del PAS consultado considera que los montajes de prácticas requieren una actualización que debe acometerse de un modo coordinado. Además, en general consideran que el número de estudiantes que conforman los grupos de laboratorio es adecuado. Entre las propuestas del PAS, destacan la renovación de montajes de prácticas y de equipamiento informático, así como la necesidad de más espacio para la realización de las prácticas. Estudiantes: El 100 % de los estudiantes consultados están de “muy de acuerdo” en la importancia y necesidad de la docencia práctica. En general están “bastante de acuerdo” en que la docencia práctica les ayuda a adquirir las competencias necesarias en su formación. Sin embargo, los estudiantes se muestran “bastante en desacuerdo” al preguntarles acerca de si las prácticas incluidas en el Título son adecuadas y suficientes. Un porcentaje elevado (64 %) considera que hay cierto solapamiento entre los laboratorios de diversas asignaturas. El 86 % de los estudiantes encuestados considera que las prácticas de laboratorio del Título requieren de cierta actualización que debe llevarse a cabo de un modo coordinado. En general, los estudiantes encuestados proponen mejoras relacionadas con la ampliación del número de prácticas que completen el temario teórico, la realización de prácticas más autodidactas que puedan finalizarse en el laboratorio sin incluir cargas de trabajo elevadas que impliquen la realización de informes extensos, o la mejora en la organización de los laboratorios. Finalmente, en esta fase también se revisaron los montajes actuales de prácticas con el fin de detectar posibles mejoras a realizar. Para ello se tuvieron en cuenta los contenidos y la metodología de las asignaturas de teoría con docencia práctica en el laboratorio de FES. Además, se evaluó de manera consensuada la viabilidad y adecuación de las propuestas de revisión. Fase 2 (F2): Actualización de los laboratorios docentes (meses 3 -9). Responsables: RR y DM. Las principales actividades a realizar en esta fase son: Actividades: Tras la evaluación de los montajes de laboratorio realizada en la fase 1 y el posterior análisis crítico, se decidió plantear como propuesta de mejora la adquisición del siguiente equipamiento: - 2 Placas de Germanio (tipo p) para el montaje de “medida del efecto Hall”. - 1 Unidad de medida de efecto Hall - 2 osciloscopios digital (70 MHz, 2ch., 500ms/s, con USB y LAN) - 1 osciloscopio digital (50 MHz, 2ch., 500ms/s) Figura 1: (a) Montaje de Efecto Hall, (b) osciloscopio digital El módulo y la placa de efecto Hall (Figura 1a) permitirán renovar los montajes y poner a punto dos nuevos puestos de prácticas adicionales en el laboratorio, con los que optimizar las rotaciones y fomentar el trabajo autónomo de los estudiantes. Los nuevos osciloscopios digitales (Figura 1b) permitirán mejorar el control y la adquisición de datos mediante conexión a los ordenadores que recientemente se instalaron en el laboratorio de FES, evitando así el uso de puertos ISA y los entornos de Windows 98. A fecha de finalización del proyecto, este equipamiento ya se ha recibido e instalado en el laboratorio de FES. El uso de los nuevos montajes ha sido probado por algunos de los estudiantes de posgrado que forman parte del equipo de trabajo de este proyecto quienes, a su vez, en colaboración con el profesorado que forma parte del proyecto, han comenzado a actualizar los guiones de prácticas correspondientes. Una vez valorados los montajes de prácticas actuales, se ha escogido un nuevo montaje de prácticas con el que adquirir competencias complementarias y completar la formación del estudiantado. En concreto, se ha solicitado la adquisición del siguiente montaje un: - Termogenerador semiconductor. Este montaje (Figura 2) permitirá analizar la tensión en vacío y la corriente de cortocircuito en función de la diferencia de temperatura. De este modo se podrán determinar y estudiar magnitudes como la resistencia interna, el coeficiente Seebeck y la eficiencia. A lo largo del curso 2023-24 se finalizará la redacción de los nuevos guiones de prácticas y cuestionarios de evaluación asociados a este nuevo montaje. A fecha de finalización del proyecto, dicho montaje está presupuestado y solicitado pero aún no se ha recibido. Entre las propuestas de nuevo material docente, se ha considerado la realización de material audiovisual complementario que sirva de apoyo tanto a los estudiantes como a los profesores de laboratorio. Fase 3 (F3): Puesta en marcha de nuevos montajes de prácticas (meses 7 – 11). Responsables: RR y DM. Las principales actividades a realizar en esta fase son: Actividades: En esta fase se ha implementado el equipamiento recibido en el laboratorio de FES (detallado en las actividades de la Fase 2). En el caso de los osciloscopios digitales recibidos, no solo se han adecuado a los montajes ya instalados en el laboratorio de FES, sino que además se ha propuesto la extensión de su uso a otros montajes de prácticas. En el caso del nuevo montaje “Termogenerador semiconductor”, su puesta en marcha aún no se ha podido llevar a cabo debido a que, si bien está solicitado, aún no se ha recibido. Por tanto, esta tarea se llevará a cabo a lo largo del curso 2023-24. A partir del estudio de las encuestas realizadas a estudiantes y profesores, se ha detectado la conveniencia de considerar la inclusión de actividades prácticas de apoyo en otras asignaturas del GF y el GIM. Si bien su implementación como actividades de laboratorio está condicionada a los planes de estudio y las memorias de verificación, en algunos casos se podrán proponer como actividades complementarias dentro de la evaluación continua. Dentro del marco del proceso de revisión de algunos másteres de la Facultad de CC. Físicas, se podrá considerar el diseño de nuevos laboratorios docentes basados en las actualizaciones y mejoras llevadas a cabo en el marco de este proyecto. Fase 4 (F4): Evaluación y conclusiones (meses 11-12). Responsable: DM. Las principales actividades a realizar en esta fase son: Actividades: Se ha llevado a cabo una reunión final de coordinación donde se han analizado los principales resultados y conclusiones del proyecto. En este sentido se ha identificado la necesidad de mejorar los laboratorios de FES y se han comenzado a realizar las acciones necesarias, de modo que se optimice la calidad en la docencia práctica asociada a este laboratorio, para lo que ha sido fundamental contar con el punto de vista de profesorado, estudiantado y técnicos PAS. Además, en esta reunión final se ha planificado el trabajo futuro a realizar durante el curso 2023-24. En gran parte dicho trabajo futuro implica la puesta a punto del nuevo montaje de prácticas, así como de los guiones de prácticas y material complementario. Además, a lo largo del curso 2023-24 se evaluará la satisfacción de los estudiantes, profesorado y técnicos PAS con las mejoras implementadas en el laboratorio de FES. 6. Anexos Anexo I: Ejemplos de encuestas realizadas mediante “formularios Google”